The skeletal muscle occupies about 40% of the mass of human body and has a very important function to control the skeletal movement and maintain the shape of our body. Such skeletal muscle damage often occurs. When a damage occurs, it takes a long time to fully recover, but also suffer from pain and discomfort. Therefore, the recovery of such damaged skeletal muscles needs to be more effective and efficient. In this thesis, we aim to develop a model of skeletal muscle damage based on microfluidic devices and to understand the effect of hypoxia and periodic stress on the recovery of damaged muscle cells. The purpose of this study is to confirm effective and efficient method of recovery of skeletal muscle. In order to carry out this research, a microfluidic device with single channels was designed, and the myogenic differentiation was induced in this device and confirmed to be myotube. The myotubes were then damaged by chemical and mechanical methods. Hydrogen peroxide (H2O2) was used to induce chemical damage, and a verified lab-made cell stretcher was used to induce mechanical damage. The intensities of 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG), myosin heavy chain, and reactive oxygen species in myotube and the myotube diameter were quantified for damage confirmation. As a result, we could identify muscle damage through two damage inducing methods. After damage confirmation, to investigate the effect of hypoxia and cyclic stretch on recovery, we established four recovery conditions for 12 hours, with and without cyclic stretch in normoxia and hypoxia. As a result, it was confirmed that hypoxia and cyclic stretch facilitated the recovery of muscle cells, respectively, and the recovery was best performed in the hypoxia with the cyclic stretch condition.
골격근은 인간의 몸의 질량 중 약 40%를 차지하며, 골격의 움직임을 제어하고 우리 몸의 형상을 유지하는 아주 중요한 기능을 지닌다. 이러한 골격근의 손상은 흔히 발생되며, 회복과정에 오랜 시간이 소요되고, 그 기간 동안 환자는 고통과 불편함을 느끼게 된다. 따라서 이러한 손상된 골격근의 회복이 조금 더 효과적이고 효율적으로 진행될 필요가 있다. 본 학위논문에서는 미세유체소자를 기반으로 골격근의 손상 모델을 개발하고, 저산소와 주기적 응력이 손상된 골격근의 회복에 미치는 영향을 파악하여, 효과적이고 효율적인 골격근의 회복 방법을 확인하는 것을 목표로 한다. 연구 수행을 위해 일자 채널을 가진 미세유체소자가 개발되었고, 미세유체소자 안에서 근아세포의 분화를 유도하여 근섬유가 되는 것을 확인하였다. 근섬유에 화학적인 방법과 기계적인 방법을 통해 손상을 유도하였고, 과산화수소를 이용하여 화학적 손상을, 그리고 직접 개발한 인장 자극기로 기계적 손상을 세포에 가하였다. 손상 정도의 확인을 위해 근섬유 내부의 활성산소, 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG), Myosin heavy chain의 밝기, 그리고 근섬유의 직경을 정량화하였으며, 그 결과 두 가지 손상 방법 모두 근육세포에 영향을 준 것을 확인할 수 있었다. 손상을 확인한 후 저산소와 주기적 응력이 회복에 미치는 영향을 확인하기 위해 정상산소, 저산소 환경에서 주기적 응력이 있는 경우와 없는 경우의 4가지 회복 환경을 12시간 조성하였다. 그 결과 저산소와 주기적 응력이 각각 근육세포의 회복을 촉진하는 것을 확인하였고, 저산소에서 주기적 응력을 가해준 집단에서 회복이 가장 잘 이루어진 것을 확인하였다.
